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区域模块化是总装造船的发展方向冯海涛(江南造船 (集团) 有限责任公司 造船二部, 上海 200011)造船基地。1. 3区域建造向区域模块化转换是总装造船的发 展方向中国要成为第一造船大国, 中船集团要实现“五 三一”发展目标, 都离不开造船技术的创新与造船模式的转变。转模工作经过多年的不断努力, 已经取得了较为显著的成效。 本人在 1996 年发表的关于区 域设计, 区域造船的设想一文的观点, 八年后的今天, 已经得到了验证。 去年我国造船总量已经超过600 万吨, 稳居世界第三造船大国的地位。 虽然如 此, 我们与世界上五大造船集团还存在较大的差距,无论从年造船总量、年人均造船量、年人均产值方面, 还是企业规模、造船周期、创利能力方面, 我们仍 处于落后的状态。 因此, 要深入持久地开展转模工作, 紧紧围绕现代总装造船的目标, 扩大造船总量,缩短造船周期, 切实提高造船效率。 为此, 我们只有 在造船技术创新上寻找新的突破口。 而区域建造向 区域模块化转换则是未来总装造船的发展方向之一。提 要 中国要成为造船大国, 必须坚持造船技术的创新, 不断转变造船模式。本文介绍了区域模块化 的背景、概要、设计、建造、总装造船及发展前景。 对区 域模块化的高效总装造船作了一些探讨。主题词 造船 模式 模块造船法整体建造法区域模块化的背景11. 1我国造船现状改革开放以来, 中国持续多年的经济高速发展,综合国力大增。 中国的造船业, 经过不断的转模创 新, 造船总量多年保持世界第三地位。进入 21 世纪, 随着世界航运市场的复苏, 新船需求猛增。日、韩两国因在前期的低价接船竞争中过 多地承接了订单, 已无力争夺更多的新船订单。 相反, 因中国既有发达国家具有的经济、技术优势, 又 有不发达国家所有的低价劳动力的优势。 依靠这两个优势, 中国有望成为第一造船大国。1. 2中船集团公司提出了“五三一”奋斗目标中国船舶工业集团公司在 2002 年 11 月召开的 集团公司第三次工作会议上, 确立了“五三一”奋斗 目 标, 即 在 2005 年 进 入 世 界 造 船 集 团 的“五 强”;2010 年进入世界造船集团的“三强”; 2015 年 ( 最近 调整) 进入世界造船集团的“第一强”。为了实现这个宏伟的发展目标, 中船集团将发挥自己的综合优势,2004 年力争造船完工突破 300 万吨, 争取提前一年 实现“五三一”三步目标的第一步, 进入世界造船集团的“五强”。上海总体发展规划提供了提早实现目标的机 会。中船集团及时作出了上海船厂搬迁崇明岛, 江南 造船集团整体搬迁长兴岛的果断决策。目前, 崇明岛基地有望在今年建成投产, 长兴岛基地也在加快推进。 加上已经建成, 造船势头良好的外高桥造船公 司, 几年后, 上海的长江口沿岸将成为中国一个新的区域模块化的概要22. 1 区域模块化的演变欧洲造船发达国家, 在建造豪华游船时, 采用模 块化制造正成为一种趋势。客舱模块、卫生单元模块已得到广泛采用。 国内造船中, 卫生单元模块、烟囱单元模块也已普遍应用, 并得到充分的肯定。广船国 际多年来对船舶的主机集控室进行的区域模块化建 造, 获得了重大的突破, 并取得了成功。 随着区域模块化实践不断获得成功, 区域模块化终将导致总装造船发生重大的变革, 对现代造船模式的转变将会 产生深远的影响。2. 2 区域模块的划分区域造船要实现模块化, 首先解决的问题就是 区域模块的划分。众所周知, 不同类型船舶的总布置是不尽相同的, 面同类型船舶在总体布置上往往有惊人的相似之处。所以, 同类船舶的舱室区域的划分作者简介: 冯海涛 ( 1949- ) , 男, 工程师。2造 船 技 术2004 年第 4 期 (总第 260 期)是有一般规则的。 总装造船就是将船按舱室或区域划分成若干个区域分段来组织区域建造的。因此, 绘 制好船体分段划分图是首要工作之一。船体分段的划分原则, 在有舱室的部位, 一般要 保持该舱室的完整性、整体性。 舱室区域的大接头处, 必须留有足够的焊接热效应区, 使在焊接或处理焊接变形的火工矫正时, 不影响已安装完整的舱室 区域模块内的设施。形成封闭独立的舱室空间, 是为 了舱室区域模块在空间中的布置协调, 便于组织模 块化设计, 以及模块成品化的有序生产。在无舱室的部位, 一般以船体结构划分的合理性, 结合分段舾装件在该区域的施工方便为原则, 充 分保证该区域在各个不同的建造与工艺阶段中预装率的最大化。还有船体分段划分的其他原则, 如充分利用钢 板的长度尺寸, 提高钢材利用率。区域模块经成品化 建造后的重量控制在建造场所的起吊能力的范围 内。 如果有封舱设备的, 须考虑其吊装的合理性等。2. 3 区域模块的分类2. 3. 1按居住、工作舱划分 舱室整体吊装模块居住舱模块 舱室壁板散装模块卫生单元模块 集控室模块 驾驶室模块 应急发电机室模块机舱平台模块桅杆模块 区域分段 烟囱模块模块甲板管弄模块 (成品油船 化学品船)艏楼甲板模块 (半立体分段)区域模块化的设计33. 1 区域模块化设计应选择的产品造船业不同于其他制造业, 由于船舶产品批量 小, 因此无法组织传统意义上的流水线作业。造船业一般都是柔性生产, 要使整艘船实施模块化建造是 不太可能的。但同类船舶的总布置情况有相似之处,同类船舶、不同吨位级船的舱室布置划分基本相同;不同之处只是舱室的大小、设备型号、外型尺寸不同 而已。要想在造船设计中实行模块化, 只能推行相同区域的模块化, 选择有一定的批量, 过去已建的同类 船舶产品进行区域模块化设计。本人认为, 成品油船 化学品船可以作为区域模块化设计的选择产品。其 理由如下。(1) 本 企 业 已 建 造 过 的 成 品 油 船 化 学 品 船,3 000吨级 16 000 吨级的约有 20 艘同类船舶。 从 近期的订单看, 该类船也不断向大型化发展, 大多为16 500 吨级的船, 是本企业的主要产品。(2) 本企业有建造该类船舶的经验和教训。对设 计及建造工艺, 对货舱区结构优化和货舱的特涂施 工工艺都已相当熟悉。在造船技术、工艺要求上都有 了大量的技术储备。( 3) 由于国际上作了相关规定, 如 1992 年通过 的有关油船采用双壳结 构 的 规 定; 1997 年 通 过 的1973 年国际防止船舶造成污染公约 1997 年议定 书; 2000 年通过的有关加速淘汰单壳油船的规定, 因而需要更新的该类船舶数量可观。 由船舶市场新 船订单显示的信息, 成品油船与化学品船的兼容混装是发展的新动向, 1 万 2 万吨级船舶订单趋旺。3万 5 万吨级船订单增长最快。 本企业已连续获得16 400 吨级、16 500 吨级的同类船多艘的订单, 北 方某船厂成功开发设计了 4 万吨级的化学品船, 最近已成交了一批 4 万吨级的该型船。成品油船 化学品船有着较大的市场潜力, 完全可以作为区域模块 化设计与建造的选择产品。3. 2 区域模块的“四化”设计如果说区域化设计是生产设计的初级阶段, 那工作室模块(一切独立闭封 工作室均可)分油机室模块机修间模块 厨房、配餐室模块 备件间模块2. 3. 2按设备组装划分 ( 因船舶种类的不同, 可有多种设备组装模块)油水分离器模块单元 空调机组模块单元 冷冻机组模块单元 救生艇模块单元设备组装模块 供电单元模块 防水处理装置模块泡沫模块单元 可调桨液压单元模块2. 3. 3按船体结构划分 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 3冯海涛: 区域模块化是总装造船的发展方向么区域模块化设计便是生产设计的高级阶段。 区域模块化设计使中间产品成品化生产, 实现更高效的 总装造船。 本节建议的“四化”设计就是为了区域设 计向区域模块化定型设计的转变。3. 2. 1 区域模块标准化设计区域模块化设计选择的产品都是企业的主流产 品。相关区域舱室都已布置定型, 所选设备的技术状 态也已基本固化。 此时企业要及时组织各专业设计 人员, 运用统筹优化的手段, 对各个舱室区域进行标 准化的定型设计, 即区域模块化设计。 为了简化设计, 设计人员尽量采用各种现行的标准, 包括各种设 计标准、工艺标准、制造标准、零部件标准, 使区域模 块设计达到标准化。为了区域模块的标准化设计, 企业应建立自己 的设计标准体系, 尽量采用行业的通行标准。要把企业中的国家标准、行业标准、企业标准, 按规格大小, 进行系列化的建库及系统化的完整。 这是推行区域 模块标准化设计首先要做的基础工作。3. 2. 2区域模块的成品化设计 现代总装造船把整艘船作为最终产品, 按船舶的空间划分中间产品, 并组织区域生产。不同类船舶 分解出的中间产品也可能是相同的, 如卫生单元模 块、烟囱单元模块、机舱集控室模块、厨房配餐间模题。这里强调的是, 舱室区域模块的完整“一体化”在整个建造过程中, 并不是始终不变的。为了便于创造 出各种有利的施工环境, 舱室区域模块在初始阶段 建议采用上、下对合的形式, 以便让舱室的顶部施工 形成倒置反装的最佳施工状态, 达到减轻劳动强度,提高工效的目标。但该舱室区域模块在总装前, 整个 舱室必须上、下对合, 形成一个完整封闭的“一体化” 的舱室模块。舱室结构“一体化”的特点, 在设计中要 引起充分的重视。壳舾涂“一体化”是区域模块化设计的主要内容。 现代总装造船的全船舾装是通过各个区域的阶 段舾装来实现的, 而区域的阶段舾装又是以各种托 盘的形式集配后送达区域施工现场的。 托盘设计要 把舱室壳体在不同的状态, 不同的阶段来设计各种 托盘的舾装项目、作业图纸、作业单位、作业部位、作 业顺序、作业要求, 以及作业所需的相关信息。 要在 壳舾涂“一体化”建造的前提下综合考虑。 原则是空 间上分道, 时间上有序。目标是区域模块内舾装率的 最大化。3. 2. 4区域模块的计算机化设计 区域模块化设计一般选择有一定批量的产品,设计、工艺、制造都已定型, 且技术状态已基本固化。而这些都是依靠计算机来实现的, 设计计算机化, 是 区域模块设计所必需的设计手段。 全船的区域模块 种类多、数量大、工作量繁重, 要充分运用计算机的技术优势, 引进先进的造船设计的软件, 进行舱室区 域内的三维空间转换设计。要充分协调好壳舾涂“一 体化”的建造顺序, 并在设计图面上提出各种建造工 艺要求和相关部门的管理信息。 其中区域模块中的 相关设备的订货、纳期、安装托盘的及时配套也是关键之一。 如果全船的区域模块都实现了计算机化设计,就可按设计的方案提前在计算机上模拟区域模块化 后的总装造船, 把设计中存在的问题通过模拟建造 加以修正、提高、优化, 把生产设计的纸上造船提升到计算机模拟造船的新阶段。3. 3 区域模块化设计需要船东船检的配合区域模块化设计也就是区域或舱室的定型设 计。 定型设计一经船检、船东确认, 任何重大的改动 都是难以接受的。 所以在区域模块化设计的计划阶段, 就必须和船检、船东讲明, 并取得协商一致的承 诺。过去造船过程中那种大量修改的习惯做法, 必须 得到改变, 这对企业的船舶设计与制造是有利的。模块、机修间模块、驾驶室模块不同吨位的同类船舶, 可以分解出更多的相同的中间产品。这就为那些同类的中间产品组织高效的流水作业创造了条件。 在成熟的批量船的建造中, 设计人员的任务, 是把有 选择的中间产品进行定性、定型的区域模块的成品 化设计。所以, 对其既要有技术要求、工艺要求, 又要 有质量标准和产品提交时的验收标准, 使区域模块设计完全达到成品化的状态。3. 2. 3区域模块的“一体化”设计 区域模块无论是以舱室划分的区域综合模块,还是以设备组合的单元模块, 都有“一体化”的设计 要求。 这里所说的“一体化”有两个层次的要求。 第一层次, 要求被设计的舱室区域在船体结构划分上, 要 保持该舱室区域的完整性, 即舱室结构的“一体 化”。 而对设备组合的单元模块来讲, 要保证数台设 备必须在同一个公共基座上的“一体化”。 第二个层 次, 要求被设计的模块, 在设计阶段就必须解决好壳舾涂有序建造的“一体化”。 舱室区域模块的“一体化”, 在船体分段划分时就应充分考虑。 这是推行区域模块化设计的首要问 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 4造 船 技 术2004 年第 4 期 (总第 260 期)块设计经过船检、船东认可后, 一般是不可更改的,如出现影响区域模块化后的重大改动, 船东将要承 担相应的经济损失。区域模块化的总装造船55. 1 区域模块化的总装区域模块化的总装合拢顺序与一般的区域造船 一样, 依照船体分段划分图的吊装序号依次进行。但 在区域模块化后, 在吊装工艺上应注意如下几点。(1) 区域模块如是整体封闭的舱室, 在区域分段 的大接头处, 应该留出足够的电焊热效应区, 避免大 接头电焊时影响区域模块内已经安装完整的设施。 (2) 为了保证区域模块的完整性, 那种习惯在大接头处预留 300mm 左右缓焊接缝的做法, 在区域 模块化后是不可取的, 因此要确保模块的外形尺寸。( 3) 在大接头处区域模块两端外壳有曲率线型 的, 在不留余量的情况下, 要尽量保证其线型的正 确。 必要时先用线型样板加以矫正, 然后加装假隔 舱, 以确保大接头的顺利对接。(4) 如单元模块需在区域内吊装的, 如卫生单元 模块等, 首先要确保区域内的净空尺寸。在保证甲板 之间的精确尺寸后, 安装甲板下的各类管子、灯架等 舾装件时, 不可出现高度上的正偏差。否则会造成重 大的返工事故。( 5) 为了保证区域模块化后的总装造船的船体 主尺度, 除了保证各个区域模块的制造精度外, 在船台或船坞吊装时, 要随时测量船体在长、宽、高方向 的尺寸, 以防止误差累积, 造成船舶主尺度超差或货 舱容积不够, 给企业带来经济损失。5. 2 区域模块化总装造船的优势与发展方向( 1) 区域模块化总装造船符合现代造船模式要 求的以中间产品为导向, 按区域组织生产, 壳舾涂作 业在空间上分道, 时间上有序, 实现设计、生产、管理 一体化, 是均衡、连续地总装造船的发展方向之一。 (2) 实现区域模块化后, 可加快总装速度, 提前码头系泊试验, 缩短造船周期, 扩大造船总量。(3) 实现了中间产品成品化, 便于组织专业化批 量的流水作业, 对提高产品的总体质量, 降本增效作 用明显。( 4 ) 提 高 了 区 域 内 的 预 舾 装 率, 完 整 率 可 达90% 以上。(5) 改船上施工为陆上安装, 改善了工作环境,提高了工效, 并减轻了劳动强度。(6) 区域模块化后, 区域内可以完全封闭, 吊装 后区域模块的设施不会受区域外的施工及环境的影 响。区域模块化的建造44. 1 区域模块化建造场所的选择不同的区域模块, 为了顺利实施“一体化”建造, 应选择不同的建造场所。如卫生单元模块、居住舱室 模块等, 应选择专业化的预制工厂制造。因为专业化 生产可形成批量的标准化、规范化的流水作业, 这是 区域模块化后所要追求的最佳建造场所。 专业化生产的区域模块质量好、成本低, 进度有保证。 而那些 大型的舱室区域模块, 则因又大又重, 运输不便, 难 以在专业化工厂建造, 需要在船厂的平台区域组织 建造。舱室区域模块在建造过程中, 为了创造最佳的 施工状态, 模块的翻身、对合, 需要大型起吊设备的 配合。 因此, 新建的大型